JPWO2017047516A1 - 燃焼器用筒、燃焼器及びガスタービン - Google Patents

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Abstract

燃焼器用筒の温度が上昇する部分を効率よく冷却をすることができ、ガスタービンの効率を低下させずに、燃焼用筒の信頼性をより向上させることができる。入口と出口を有する静翼が設置された静翼シュラウドと連結する燃焼器用筒であって、内側の空間が燃焼ガスを通過させる流路となり、流路となる壁面に冷却媒体が通過する第１冷却流路が形成された内側筒と、内側筒の外周に配置され、内側筒に固定された外側筒と、を有し、内側筒の外周面と外側筒の内周面との間に冷却媒体が通過し、かつ、第１冷却流路と燃焼器用筒の出口近傍で繋がる第２冷却流路が形成され、外側筒は、第２冷却流路の第１冷却流路の近傍に冷却促進構造が形成されている。

Description

本発明は、ガスタービンに用いられる燃焼器用筒、燃焼器及びこの燃焼器を備えたガスタービンに関する。
ガスタービンの燃焼器は、ガスタービンの運転中、高温の燃焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスが通過するため、燃焼ガスによって加熱される。このため、燃焼器は、空気又は蒸気等の気体を冷却媒体として流通させ、各部を冷却し、温度の上昇を抑制する。このようなガスタービンの燃焼器においては、冷却媒体を用いて燃焼器の燃焼器用筒（尾筒、燃焼筒）を冷却するガスタービン燃焼器が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載のガスタービンは、尾筒の下流の端部から静翼を支持する静翼シュラウドに向けて、冷却空気を噴射している。
特開２００６−１０５０７６号公報
特許文献１に記載の装置は、尾筒から静翼シュラウドに向けて冷却空気を噴射して尾筒と静翼シュラウドとの間への燃焼ガスの侵入を防止している。特許文献１に記載のガスタービンは、尾筒と静翼シュラウドとの間の間隙の部分の焼損を防ぐことができるが、冷却空気を燃焼ガスの流路内に噴射することになる。このため、ガスタービンの効率（所定量の燃料を燃焼させて発生させることができるエネルギーの量）が低下する。
本発明は、冷却空気を噴射せずに、燃焼器用筒の温度が上昇する部分を効率よく冷却をすることができ、ガスタービンの効率を低下させずに、信頼性をより向上させることができる燃焼器用筒、燃焼器及びこの燃焼器を備えたガスタービンを提供することを目的とする。
本発明は、入口と出口を有する燃焼器用筒であって、内側の空間が燃焼ガスを通過させる流路となり、前記流路となる壁面に冷却媒体が通過する第１冷却流路が形成された内側筒と、前記内側筒の外周に配置され、前記内側筒に固定された外側筒と、を有し、前記内側筒の外周面と前記外側筒の内周面との間に冷却媒体が通過し、かつ、前記第１冷却流路と前記燃焼器用筒の出口近傍で繋がる第２冷却流路が形成され、前記外側筒は、前記第２冷却流路の前記第１冷却流路の近傍に冷却促進構造が形成されていることを特徴とする。
また、前記冷却促進構造は、前記内側筒との距離が位置によって変化する凹凸形状であることが好ましい。
また、前記冷却促進構造は、前記凹凸形状の凸部の少なくとも一部が前記内側筒と接することが好ましい。
また、前記冷却促進構造は、前記冷却媒体が通過する複数の貫通孔であることが好ましい。
また、前記冷却促進構造は、前記内側筒よりもガスタービンの回転軸側の前記外側筒の辺に形成されていることが好ましい。
また、前記出口側の端部が、静翼が設置された静翼シュラウドと連結し、前記冷却促進構造は、ガスタービンのロータの回転方向において、前記静翼の上流側の端部と重なる位置を含む範囲に１箇所以上形成されていることが好ましい。
また、前記出口側の端部が、静翼が設置された静翼シュラウドと連結し、前記冷却促進構造は、ガスタービンのロータの回転方向において、前記静翼のピッチＰの１／３Ｐ以上３Ｐ以下の範囲に配置されていることが好ましい。
また、前記出口側の端部が、静翼が設置された静翼シュラウドと連結し、前記内側筒は、前記静翼シュラウド側の端部に前記外側筒に向けて延在するフランジ部を有し、前記外側筒の前記静翼シュラウド側の端部と前記フランジ部の端部とを溶接で接続する溶接部を備えることが好ましい。
また、前記溶接部は、前記フランジ部の前記静翼シュラウド側とは反対側の面と前記外側筒とを接続することが好ましい。
本発明は、燃焼器であって、上記のいずれかに記載の燃焼器用筒を有することを特徴とする。
本発明は、ガスタービンであって、圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する上記に記載の燃焼器と、前記燃焼器からの前記燃焼ガスが供給されて駆動されるタービンと、を含む。
本発明は、燃焼器用筒の温度が上昇する部分を効率よく冷却をすることができ、ガスタービンの効率を低下させずに、燃焼用筒の信頼性をより向上させることができる。
図１は、本実施形態に係る燃焼器を有するガスタービンの概略構成図である。 図２は、燃焼器の拡大図である。 図３は、燃焼器の尾筒と１段静翼との関係を示す模式図である。 図４は、燃焼器の尾筒の一部を示す斜視図である。 図５は、燃焼器の尾筒の出口の構造を示す斜視図である。 図６は、燃焼器の尾筒を出口側から見た説明図である。 図７は、燃焼器の尾筒と静翼シュラウドの断面図である。 図８は、図７のＡ−Ａ断面図である。 図９は、冷却促進構造の概略構成を示す斜視図である。 図１０は、燃焼器の尾筒と１段静翼との関係の他の例を示す模式図である。 図１１は、尾筒の他の例を示す断面図である。 図１２は、冷却促進構造の他の例の概略構成を示す斜視図である。 図１３は、冷却促進構造の他の例の概略構成を示す斜視図である。 図１４は、尾筒の他の例を示す断面図である。 図１５は、図１４のＢ−Ｂ断面図である。 図１６は、尾筒の他の例を示す断面図である。 図１７は、図１６のＣ−Ｃ断面図である。 図１８は、図１６に示す冷却促進構造の概略構成を示す斜視図である。
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る燃焼器を有するガスタービンの概略構成図である。図１に示すように、ガスタービン１は、流体の流れ方向の上流側から順番に、圧縮機１１と、ガスタービン用の燃焼器（以下、燃焼器という）１２と、タービン１３と、排気室１４とを有する。タービン１３には、例えば、発電機が連結されている。ガスタービンは、回転中心軸Ｌを中心に回転可能なロータ（タービン軸）２４を有する。
圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口１５と繋がっており、空気が流れる流路が設けられる圧縮機車室１６と、を有する。圧縮機１１は、圧縮機車室１６内の空気の流路に複数の静翼１７と動翼１８とが交互に配設されている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気（燃焼用空気）に燃料を供給し、燃料と燃焼用空気との混合気を燃焼させて、燃焼ガスを生成する。タービン１３は、燃焼器１２で生成された燃料ガスが流入する流路が設けられたタービン車室２０が形成されている。タービン１３は、タービン車室２０の燃焼ガスの流路内に複数の静翼２１と動翼２２とが、流体としての燃焼ガスの流れ方向における上流から下流に向かって交互に配設されている。静翼２１は、タービン車室２０の一部である静翼シュラウド５０に支持されている。静翼シュラウド５０は、内部に燃焼ガスが通過する空間が形成されている。静翼シュラウド５０は、燃焼ガスが通過する空間に静翼２１を固定している。また、静翼シュラウド５０には、燃焼器１２が連結している。
排気室１４は、タービン１３を通過した燃焼ガスが流入する排気ディフューザ２３を有している。ロータ２４は、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３及び排気室１４の径方向中心部を貫通するように位置する。ロータ２４の圧縮機１１側の端部は、軸受部２５により回転中心軸Ｌを中心にして回転自在に支持され、排気室１４側の端部は、軸受部２６により回転中心軸Ｌを中心にして回転自在に支持されている。ロータ２４には、複数のディスクプレートが固定され、各動翼１８、２２が連結されている。
このようなガスタービン１において、圧縮機１１の空気取入口１５から取り込まれた空気は、複数の静翼１７と動翼１８とを通過して圧縮され、高温・高圧の圧縮空気となる。この圧縮空気は、燃焼器１２において、圧縮空気に対して所定の燃料が供給されることで燃料との混合気となる。この混合気は、燃焼器１２で燃焼されて燃焼ガスとなる。燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスは、タービン１３が備える複数の静翼２１と動翼２２とを通過し、ロータ２４を回転させる。ロータ２４が回転することにより、ロータ２４に連結された発電機が駆動され、電力を発生する。ロータ２４を通過した排気ガスは、排気ガスとして大気に放出される。
図２は、燃焼器の拡大図である。燃焼器１２は、燃焼器ケーシング３０を有する。燃焼器ケーシング３０は、外筒３１の内部に配置された内筒３２と、内筒３２の先端部に連結された尾筒３３とを有し、回転中心軸Ｌに対して傾斜した中心軸Ｌａに沿って延在する。ここで、ガスタービン１は、車室ハウジング２７と燃焼器ケーシング３０との間の空間が燃兼圧車室３４となる。燃兼圧車室３４は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気が抽気される。燃兼圧車室３４に抽気された圧縮空気は、燃焼器１２の内筒３２に流入する。
外筒３１は、車室ハウジング２７に締結されている。内筒３２は、その基端部が外筒３１に支持され、外筒３１の内側に、外筒３１から所定間隔を空けて配置されている。内筒３２の中心部には、中心軸Ｌａに沿ってパイロットノズル４０が設けられている。パイロットノズル４０の周囲には、パイロットノズル４０を取り囲むように、等間隔かつパイロットノズル４０と平行に複数のメインノズル４２が配設されている。
尾筒（transition piece）３３は、その基端が円筒状に形成されて内筒３２の先端に連結されている。尾筒３３は、先端側にかけて断面積が小さくかつ湾曲して形成され、タービン１３の１段目の静翼２１に向けて開口している。尾筒３３は、先端が静翼シュラウド５０と連結している。尾筒３３は、内筒３２側の端部（基端）が入口３３Ｉとなり、静翼シュラウド５０と接続している端部（先端）が出口３３Ｏとなる。尾筒３３は、内部に燃焼室を有する。燃焼器１２は、外筒３１、内筒３２、尾筒３３が燃焼器用筒となる。また、燃焼器１２は、尾筒３３が静翼シュラウド５０と連結する燃焼器用筒となる。
以下、図２に加え、図３から図９を用いて、尾筒３３について説明する。図３は、燃焼器の尾筒と１段静翼との関係を示す模式図である。図４は、燃焼器の尾筒の一部を示す斜視図である。図５は、燃焼器の尾筒の出口の構造を示す斜視図である。図６は、燃焼器の尾筒を出口側から見た説明図である。図７は、燃焼器の尾筒と静翼シュラウドの断面図である。図８は、図７のＡ−Ａ断面図である。図９は、冷却促進構造の概略構成を示す斜視図である。
尾筒３３は、筒状の部材であって、上述したように筒状の内部空間の一端が、燃焼ガスＧの入口３３Ｉとなり、他端が燃焼ガスＧの出口３３Ｏとなる。尾筒３３は、出口３３Ｏ側の端部が静翼シュラウド５０と連結している。また、燃焼ガスＧの流れ方向において、尾筒３３の出口３３Ｏの下流側には、静翼（１段静翼）２１が配置されている。尾筒３３は、入口３３Ｉから流入した燃焼ガスＧを出口３３Ｏから流出させて、図１に示すタービン１３に導く。尾筒３３の出口３３Ｏから流出した燃焼ガスＧは、静翼２１の間を通過する。ここで、本実施形態では、回転方向において静翼２１が配置されている距離をピッチＰとする。範囲Ｗについては後述する。また、尾筒３３の配置ピッチを距離Ｗａとする。本実施形態では、１つの尾筒３３に対して２つの静翼２１が配置されており、各尾筒３３に対する静翼２１の位置が同一となる。つまり、本実施形態のガスタービンは、尾筒３３の距離Ｗａが２つ分の静翼２１のピッチＰと一致し、Ｗａ＝２Ｐの関係となる。
尾筒３３は、図４及び図５に示すように、内側筒６０と外側筒６２とを有する。内側筒６０と外側筒６２とは、溶接で連結している。内側筒６０は、筒形状であり、筒の内側の空間が燃焼ガスを通過させる燃焼ガス流路６４となる筒状の部材である。内側筒６０は、筒の断面が台形を変形させた形状であり、回転方向（ロータ２４の回転方向）に沿って延在する辺が、円弧となっている。内側筒６０は、回転中心軸Ｌに向かうにしたがって回転方向の幅が狭くなる形状である。
外側筒６２は、内側筒６０の外周に配置され、内側筒６０の外周の一部を覆っている。外筒部６２は、図５及び図６に示すように、４つの分割部６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄを有する。分割部６６ａは、内側筒６０の回転軸中心側の面と対面している。つまり、分割部６６ａは、内側筒６０よりも回転軸中心に配置されている。分割部６６ｂは、内側筒６０の回転軸方向において外側の面と対面している。つまり、分割部６６ｂは、内側筒６０よりも回転軸から離れた位置に配置されている。分割部６６ｃ、６６ｄは、内側筒６０の回転方向の端面となる２つの面とそれぞれ対面している。分割部６６ａは、回転方向の一方の端部が分割部６６ｃと例えば溶接で固定されている。分割部６６ｂも、回転方向の一方の端部が分割部６６ｃと例えば溶接で固定されている。また、分割部６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄは、内側筒６０と例えば溶接で固定されている。このように、外側筒６２は、分割部６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄで内側筒６０の外側の全周を覆っている。外側筒６２は、分割部６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄで１つの筒形状となる。
内側筒６０は、図７に示すように、内壁部７０と、静翼シュラウド５０側の端面に配置されたフランジ部（端部）７２とを有する。内壁部７０は、内側筒の筒を構成する部分であり、内壁部７０で囲われた領域が燃焼ガス流路６４となる。フランジ部７２は、静翼シュラウド５０と対面している。フランジ部７２と静翼シュラウド５０との間が隙間５８となる。また、フランジ部７２は、外側筒６２と例えば溶接で固定されている。
内壁部７０の内部、つまり燃焼ガス流路６４を囲う壁の内部には、複数の第１冷却流路７４が形成されている。複数の第１冷却流路７４は、壁の延在方向でかつ燃焼ガスの流れ方向に直交する方向に並んで形成されている。第１冷却流路７４は、燃焼ガスＧの流れ方向、つまり、入口３３Ｉから出口３３Ｏに向かう流路と、出口３３Ｏ側の端部でフランジ部７２に沿って、燃焼ガス流路６４から離れる方向に延びた流路とが繋がっている。なお、第１冷却流路７４は、出口３３Ｏ側の端部でフランジ部７２に沿って燃焼ガス流路６４から離れる方向に延びた流路が、他の第１冷却流路７４の同じ部分と繋がった形状であってもよい。つまり、第１冷却流路７４の出口３３Ｏ側の端部でフランジ部７２に沿って燃焼ガス流路６４から離れる方向に延びた流路は、複数の第１冷却流路７４に共通の流路であってもよい。
次に、外側筒６２は、上述したように内側筒６０の外周面、つまり燃焼ガス流路６４を形成する内周面とは反対側の面を囲う筒である。外側筒６２は、内側筒６０に例えば溶接で固定されている。外側筒６２は、内側筒６０とは反対側の面に固定部７８が形成されている。固定部７８は、静翼シュラウド５０と連結する。
尾筒３３は、内側筒６０と外側筒６２との間に第２冷却流路８０が形成される。第２冷却流路８０は、内側筒６０と外側筒６２とが対面している面の間の空間、つまり、内側筒６０の外周側の面と、外側筒６２の内周側の面との間の空間である。第２冷却流路８０は、第１冷却流路７４と繋がっている。
外側筒６２は、図７から図９に示すように第２冷却流路８０、つまり内側筒６０と対面している面に冷却促進構造８２が形成されている。冷却促進構造８２は、第２冷却流路８０の第１冷却流路７４との接続部分の近傍に配置されている。具体的には、冷却促進構造８２は、フランジ部７２の近傍に配置されている。本実施形態の冷却促進構造８２は、４つの分割部６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄのうち、回転軸方向内側の分割部６６ａのみに設けられている。また、本実施形態の冷却促進構造８２は、回転方向において、分割部６６ａの第２冷却流路８０の一部、具体的には範囲Ｗに設けられている。範囲Ｗは、外側筒６２の回転方向の中心を含む範囲である。
尾筒３３は、図８に示すように、冷却促進構造８２が設けられている断面において、冷却促進構造８２が設けられていない部分の空間９０と冷却促進構造８２が設けられている部分の空間９２とがある。空間９０は、内側筒６０と外側筒６２の端面が略平行で内側筒６０と外側筒６２との幅が、回転方向の位置が移動しても実質的に一定となる。これに対して、冷却促進構造８２は、図７から図９に示すように、外側筒６２の表面に形成された凹凸形状である。具体的には、複数の凸部８４が回転方向に所定の間隔で配置されている。凸部８４は、突出している部分の先端が内側筒６０と接している。したがって、空間９２は、凸部８４と凸部８４との間に形成される。つまり、尾筒３３は、回転方向において空間９２が複数に分割される。また、尾筒３３は、冷却促進構造８２の空間９２が形成されている部分の外側筒６２の表面が、空間９０よりも内側筒６０から離れている。つまり、外側筒６２は、冷却促進構造８２が形成されている部分が、冷却促進構造８２が形成されていない部分よりも内側筒６０から離れている。
尾筒３３は、冷却媒体を供給する機構から供給された冷却媒体Ｓが第１冷却流路７４の入口３３Ｉから出口３３Ｏに向かう流路に燃焼ガスＧに沿った方向に流れる。第１冷却流路７４の入口３３Ｉから出口３３Ｏに向かう流路を流れた冷却媒体Ｓは、フランジ部７２に沿って燃焼ガス流路６４から離れる方向に延びた流路を通過した後、第２冷却流路８０を流れる。フランジ部７２に沿って燃焼ガス流路６４から離れる方向に延びた流路を通過した冷却媒体Ｓは、第２冷却流路８０に流入すると冷却促進構造８２を通過した後、流れ方向下流側に進む。
尾筒３３は、冷却促進構造８２を設けることで、冷却促進構造８２を設けることで、冷却促進構造８２が設けられている部分の冷却媒体Ｓと接する部分の外側筒６２の表面積を、を外側筒６２の表面を平坦にする場合よりも大きくすることができる。これにより、尾筒３３は、燃焼ガスＧが流入する隙間５８が生じているフランジ部７２の近傍の冷却能力を高くすることができ、フランジ部７２の端部の温度上昇を抑制することができる。また、尾筒３３に形成された第１冷却流路７４及び第２冷却流路８０を流れる冷却媒体Ｓは、尾筒３３の壁の中を流れ、燃料ガス流路に流入しない。このため、冷却媒体Ｓを燃焼ガス流路６４に流入させずに冷却性能を高くできる。これにより、燃焼ガスＧに混合される冷却媒体Ｓを低減することができ、燃焼ガスＧの温度が上流側で低減することを抑制でき、ガスタービンでより多くのエネルギーを取り出すことが可能となり、ガスタービンの効率の低下を抑制することができる。また、尾筒３３は、冷却が必要な部分に冷却促進構造８２を設けることで、尾筒３３に供給される全体の冷却媒体の流量を維持したまま、必要な部分の冷却性能を高くすることができる。このように、冷却媒体の流量の増加を抑制しつつ、冷却性能を高くすることで、冷却媒体の生成に用いるエネルギーを少なくすることができ、ガスタービンの効率の低下を抑制することができる。
ここで、尾筒３３は、冷却促進構造８２を本実施形態のように、回転方向において、静翼２１の上流側の端部と重なる位置を含む範囲に設けることが好ましい。これにより、静翼２１が設けられていることで、回転方向の他の部分よりも燃焼ガスＧが燃焼ガス流路６４を流れにくくなり、隙間５８に燃焼ガスＧが流入し、温度が上昇しやすい領域である静翼２１の上流側の端部と重なる位置の温度上昇を抑制することができる。
尾筒３３は、冷却促進構造８２を静翼２１の上流側の端部が、範囲Ｗの中心から０．５Ｗ以下の範囲にあることが好ましい。これにより、効率よく温度の上昇を抑制することができる。
冷却促進構造８２を設ける範囲Ｗは、冷却促進構造８２が設けられている辺の外側筒６２の全長の１／３以上３以下とすることが好ましい。これにより、効率よく温度の上昇を抑制することができる。また、範囲Ｗは、静翼２１のピッチＰに対して、１／３Ｐ以上３Ｐ以下とすることが好ましい。これにより、効率よく温度の上昇を抑制することができる。
尾筒３３は、冷却促進構造８２の凸部８４と凸部８４との間の空間９２を、高さが幅の２．５倍以下となるようにすることが好ましい。つまり、冷却促進構造８２は、空間９２が［高さ≦５×幅］を満たすように凸部８４を形成することが好ましい。これにより、冷却促進構造８２を設けることで発生する圧力損失の増加を抑制しつつ、冷却性能を高くすることができる。
また、尾筒３３は、冷却促進構造８２の凸部８４を内側筒６０と接する構造とすることで、内側筒６０に対する外側筒６２の位置の精度を高くすることができる。このため、冷却促進構造８２は、凸部８４を内側筒６０と接する構造とすることが好ましいが、凸部８４と内側筒６０との間に隙間があってもよい。
尾筒３３は、冷却促進構造８２を上記範囲に設けることが好ましいが、第２冷却流路８０の回転方向内側の辺の全域に設けてもよい。また、尾筒３３は、冷却促進構造８２を、第２冷却流路８０の全周、つまり、分割部６６ａに加え、分割部６６ｂ、６６ｃ、６６ｄにも設けてもよい。
図１０は、燃焼器の尾筒と１段静翼との関係の他の例を示す模式図である。上記実施形態のガスタービンは、回転方向において、１つの尾筒３３に対して２つの静翼２１が配置され、距離Ｗａ＝２Ｐとなる構造であるがこれに限定されない。図１０に示す尾筒３３と静翼２１ａとを有するガスタービンは、範囲Ｗｂに冷却促進構造８２が設けられる。また、ガスタービンは、回転方向において、１つの尾筒３３に対して、３つの静翼２１ａが配置されている。また、各尾筒３３に対する静翼２１の位置が同一となる。つまり、図１０に示すガスタービンは、尾筒３３の距離Ｗｃが３つ分の静翼２１のピッチＰａと一致し、Ｗｃ＝３Ｐａの関係となる。このように、Ｗｃ＝３Ｐとなる場合も、範囲Ｗｂを上記尾筒３３の範囲Ｗと同様に１／３Ｐａ以上３Ｐａ以下とすることが好ましい。また、本実施形態では、尾筒３３のピッチＷ、Ｗｂを静翼２１、２１ａのピッチＰ、Ｐａの整数倍としたが、これに限定されず、尾筒３３のピッチＷ、Ｗｂを静翼２１、２１ａのピッチＰ、Ｐａの整数倍以外の値となる関係、つまり周方向の尾筒３３の位置によって静翼２１、２１ａの位置が変化する構造でもよい。
ここで、尾筒３３は、内側筒６０と外側筒６２との溶接部を静翼シュラウド５０と対面する面に設けることが好ましい。静翼シュラウド５０側から見た場合、見える位置に溶接部を設けることが好ましい。これにより、溶接作業を簡単に行うことができる。また、上記実施形態では、溶接で外側筒６２と内側筒６０を固定したが、外側筒６２と内側筒６０とを一体で鋳造により製造してもよい。
図１１は、尾筒の他の例を示す断面図である。図１１に示す尾筒３３ａは、基本的な構造が尾筒３３と同様である。以下尾筒３３ａの特徴的な点を重点的に説明する。図１１に示す尾筒３３ａは、溶接部が、フランジ部７２ａの静翼シュラウド５０と向かい合う面とは反対側の面１０２と、外側筒６２ａとの間に設けられている。具体的には、フランジ部７２ａは、端部まで厚さが一定の板であり、外側筒６２ａに開先加工を行い、面１０２と、外側筒６２ａとの間を溶接し溶接部を設けている。
このように、尾筒３３ａは、溶接部を静翼シュラウド５０と向かい合う面とは反対側の面１０２に設けることで、静翼シュラウド５０と向かい合う面に露出しない構造とすることができる。これにより、尾筒３３ａの静翼シュラウド５０と向かい合う面をフランジ部７２ａのみとすることができ、熱に対する耐久性を向上させることができ、加熱量に対する温度上昇を小さくすることができる。また、溶接部が、隙間５８に流入した燃焼ガスＧで加熱されにくくすることができる。
また、尾筒３３は、冷却促進構造を冷却媒体の流れに沿った方向に延在する凹凸形状とすることで、圧力損失の増加を小さくしつつ、冷却性能を高くすることができる。このため、冷却促進構造を冷却媒体の流れに沿った方向に延在する凹凸形状とすることが好ましいが、これに限定されない。冷却促進構造は、外側筒の内側筒と対面する面を平坦な面とした場合よりも冷却性能が高くなればよい。
図１２は、冷却促進構造の他の例の概略構成を示す斜視図である。図１２に示す尾筒３３ｂは、基本的な構造が尾筒３３と同様である。以下尾筒３３ｂの特徴的な点を重点的に説明する。尾筒３３ｂの冷却促進構造８２ｂは、外側筒６２ｂの表面に内側筒６０に向かって突出した凸部１１２が二次元配列されている。つまり、冷却促進構造８２ｂは、凸部１１２が回転方向に列状に配置され、かつ、回転方向に直交する方向にも列状に配置されている。このように、冷却促進構造８２ｂは、凸部１１２を二次元配列した構造としても、冷却性能を高くすることができる。
図１３は、冷却促進構造の他の例の概略構成を示す斜視図である。図１３に示す尾筒３３ｃは、基本的な構造が尾筒３３と同様である。以下尾筒３３ｃの特徴的な点を重点的に説明する。尾筒３３ｃの冷却促進構造８２ｃは、外側筒６２ｃの表面に内側筒６０に向かって突出した凸部１２２が冷却媒体Ｓの流れ方向に沿って複数配置されている。つまり、冷却促進構造８２ｃは、凸部１２２が回転方向に直交する方向に列状に配置されている。このように、冷却促進構造８２ｃは、凸部１２２を回転方向に直交する方向に列状に配置しても冷却性能を高くすることができる。
図１４は、尾筒の他の例を示す断面図である。図１５は、図１４のＢ−Ｂ断面図である。図１４及び図１５に示す尾筒３３ｄは、基本的な構造が尾筒３３と同様である。以下尾筒３３ｄの特徴的な点を重点的に説明する。尾筒３３ｄの冷却促進構造８２ｄは、尾筒３３ｄは、冷却促進構造８２ｄが設けられている断面において、冷却促進構造８２ｄが設けられていない部分の外側筒６２ｄの表面の高さと、冷却促進構造８２ｄが設けられている領域の凹部の外側筒６２ｄの表面の高さが同じ高さとなっている。また、尾筒３３ｄは、冷却促進構造８２ｄが設けられている断面において、冷却促進構造８２ｄが設けられていない部分の内側筒６０ｄの表面１３０の高さと、冷却促進構造８２ｄが設けられている領域の内側筒６０ｄの表面１３２の高さとが異なる高さとなっている。つまり、表面１３２は、表面１３０よりも排ガス流路６４に近い位置、つまり第２冷却流路８０に対して凹んだ形状となっている。
このように尾筒３３ｄは、冷却促進構造８２ｄが設けられている断面において、内側筒の表面の高さを変化させてもよい。また、冷却促進構造８２ｄが設けられている領域の凸部を除いた外側筒と内側筒との距離を、冷却促進構造８２ｄが設けられていない領域の外側筒と内側筒との距離よりも広くすることで、冷却促進構造８２ｄを設けたことで、全体の流路断面積が減少することを抑制することができる。これにより、第２冷却流路８０での圧力損失は変化することを抑制しつつ、対象の部分の冷却性能を高くすることができ、必要な位置を効率よく冷却することができる。
また、上記実施形態では、冷却促進構造をいずれも複数の凸部を設けた構造としたがこれにも限定されない。図１６は、尾筒の他の例を示す断面図である。図１７は、図１６のＣ−Ｃ断面図である。図１８は、図１６に示す冷却促進構造の概略構成を示す斜視図である。図１６から図１８に示す尾筒３３ｅは、基本的な構造が尾筒３３と同様である。以下尾筒３３ｅの特徴的な点を重点的に説明する。尾筒３３ｅの冷却促進構造８２ｅは、凸部１５０を有する。凸部１５０は、外側筒６２ｅに設けられており、内側筒６０ｅと接している。凸部１５０は、回転方向に延在している。凸部１５０は、複数の貫通孔１５２が形成されている。貫通孔１５２は、凸部１５０を貫通しており、第１冷却流路７４と第２冷却流路８０の他の部分とを接続する。貫通孔１５２は、冷却媒体Ｓが流れる流路となる。
このように、冷却促進構造８２ｅは、第１冷却流路７４と第２冷却流路８０の他の部分とを接続し、冷却媒体Ｓが流れる貫通孔１５２が複数形成されている。尾筒３３ｅは、凸部１５０に設けられた貫通孔１５２に冷却媒体Ｓが流れることで、冷却媒体Ｓと外側筒６２ｅとの接触面積を大きくすることができ、冷却性能を高くすることができる。本実施形態の冷却促進構造８２ｅは、１つの凸部１５０を有する構造としたが、２つとしてもよいし、３つ以上としてもよい。
以上、本実施形態及びその変形例について説明したが、前述した内容により本実施形態及びその変形例が限定されるものではない。また、前述した本実施形態及びその変形例の構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本実施形態及びその変形例の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更を行うことができる。
１ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
１４ 排気室
１５ 空気取入口
１６ 圧縮機車室
１７、２１ 静翼
１８、２２ 動翼
２０ タービン車室
２３ 排気ディフューザ
２４ ロータ
２５、２６ 軸受部
２７ 車室ハウジング
３０ 燃焼器ケーシング
３１ 外筒
３２ 内筒
３３ 尾筒
４０ パイロットノズル
４２ メインノズル
５０ 静翼シュラウド（シュラウド）
５８ 隙間
６０ 内側筒
６２ 外側筒
６４ 燃焼ガス流路
６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄ 分割部
７０ 内壁部
７２ フランジ部（端部）
７４ 第１冷却流路
７８ 固定部
８０ 第２冷却流路
８２ 冷却促進構造
８４ 凸部

Claims (11)

  1. 入口と出口を有する燃焼器用筒であって、
    内側の空間が燃焼ガスを通過させる流路となり、前記流路となる壁面に冷却媒体が通過する第１冷却流路が形成された内側筒と、
    前記内側筒の外周に配置され、前記内側筒に固定された外側筒と、を有し、
    前記内側筒の外周面と前記外側筒の内周面との間に冷却媒体が通過し、かつ、前記第１冷却流路と前記燃焼器用筒の出口近傍で繋がる第２冷却流路が形成され、
    前記外側筒は、前記第２冷却流路の前記第１冷却流路の近傍に冷却促進構造が形成されていることを特徴とする燃焼器用筒。
  2. 前記冷却促進構造は、前記内側筒との距離が位置によって変化する凹凸形状であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器用筒。
  3. 前記冷却促進構造は、前記凹凸形状の凸部の少なくとも一部が前記内側筒と接することを特徴とする請求項２に記載の燃焼器用筒。
  4. 前記冷却促進構造は、前記冷却媒体が通過する複数の貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器用筒。
  5. 前記冷却促進構造は、前記内側筒よりもガスタービンの回転軸側の前記外側筒の辺に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃焼器用筒。
  6. 前記出口側の端部が、静翼が設置された静翼シュラウドと連結し、
    前記冷却促進構造は、ガスタービンのロータの回転方向において、静翼の上流側の端部と重なる位置を含む範囲に１箇所以上形成されていることを特徴とする請求項５に記載の燃焼器用筒。
  7. 前記出口側の端部が、静翼が設置された静翼シュラウドと連結し、
    前記冷却促進構造は、ガスタービンのロータの回転方向において、前記静翼のピッチＰの１／３Ｐ以上３Ｐ以下の範囲に配置されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の燃焼器用筒。
  8. 前記出口側の端部が、静翼が設置された静翼シュラウドと連結し、
    前記内側筒は、静翼シュラウド側の端部に前記外側筒に向けて延在するフランジ部を有し、
    前記外側筒の前記静翼シュラウド側の端部と前記フランジ部の端部とを溶接で接続する溶接部を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の燃焼器用筒。
  9. 前記溶接部は、前記フランジ部の前記静翼シュラウド側とは反対側の面と前記外側筒とを接続することを特徴とする請求項８に記載の燃焼器用筒。
  10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の燃焼器用筒を有することを特徴とする燃焼器。
  11. 圧縮機と、
    前記圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する請求項１０に記載の燃焼器と、
    前記燃焼器からの前記燃焼ガスが供給されて駆動されるタービンと、を含むことを特徴とするガスタービン。
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